能源材料創新
——固態鋰電池

隨著電池技術的發展，人們越來越注重電池安全性和能量密度的提升。目前，商用鋰離子電池體系能量密度難以繼續提高，且因其固有的安全性問題，使得鋰離子電池發展遇到了瓶頸。采用固態電解質代替有機電解液是提高鋰電池能量密度和安全性的有效途徑之一。全固態電池(ASSB)采用不可燃的固態電解質和鋰金屬負極，大大提高了電池性能，成為電動汽車和規模化儲能理想的化學電源[1]。

雖然固態電極與固態電解質之間不存在副反應，但固體特性的電解質與電極界面之間的相容性不佳，最終導致固態電池循環壽命低、倍率性差，能量密度也不能滿足大型電池要求。所以，要獲得高性能的全固態電池，一是解決接觸問題，對電極材料及其界面進行改性，改善電極/電解質界面相容性；二是開發新型電極材料，從而進一步提升固態電池的電化學性能。

三星先進技術研究院的研究人員設計了一種無機、柔性固體電解質，解決了接觸問題并提高安全性[2]。該電解質在室溫下具有優異的粘土狀機械性能、高鋰離子電導率和低的玻璃化轉變溫度。獨特的機械特性使固體電解質能夠像液體一樣滲透到高載量正極中，從而為正極提供完整的離子傳導路徑。該研究成果為固體電解質的研究提供了新的思路，并為解決固態電池中固體電解質-正極界面問題提供了新的途徑。

武漢理工大學報道了一種全新的室溫離子電導率較高的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)基PISSE( “polymer-in-salt”電解質體系，鹽的含量高于聚合物)，通過一體化電極結構設計，不僅顯著增加電極/電解質接觸面積，還為氧化還原反應和離子快速傳輸提供了更多的活性位點和滲流通道[3]。該結構與鋰金屬有良好的界面兼容性，具有高的室溫離子電導率(1.24×10-4S·cm-1)、高的鋰離子遷移數(0.53)、寬的電化學穩定窗口(4.7 V)，解決了聚合物電解質室溫離子電導率低和電極/電解質界面接觸差的問題，為設計其他先進高能量密度固態鋰電池提供了參考。

吉林大學報道了一種采用沸石固態電解質的柔性固態鋰空氣電池，其具有高離子電導率、低電子電導率以及對空氣和鋰負極出色的穩定性[4]。同時，該電池的集成結構中采用碳納米管(CNT)作為正極，有利于降低界面阻抗。該電池每克碳納米管的容量為12020 mAh，在500 mA·g-1電流密度和1000 mAh·g-1限制容量條件下，其循環壽命高達149個

循環。沸石基鋰空電池成功克服了常規固態電解質的缺點，在環境空氣中顯示出高容量和高倍率性能，并具有長循環壽命，該電池的柔性和穩定性賦予其實際適用性，也可擴展到其他儲能系統。

麻省理工學院和得克薩斯州農工大學等單位的聯合研究團隊開發了一款原型固態電池，他們將鈉-鉀合金制成半固態金屬電極，類似于牙齒的補漏材料，在具有牢固特性的同時，這種新型材料還能夠流動和成型，并且它能在與固態電解質接觸時避免形成微小的裂紋和枝晶。該電池借助新型自修復材料，克服了該領域的一些關鍵難點，為其賦予了穩定的高容量存儲前景[5]。